thiết kế chế tạo máy in ruban hai màu

Nội dung: Nội dung nghiên cứu gồm các phần sau: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ cấp phôi có nhiệm vụ cấp phôi với một lực căng ổn định.. 1.4 Phần mềm tính toán thiết kế cơ khí Trong

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM

CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ

(Ký tên/ đóng dấu xác nhận) ( Ký tên/ đóng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG /200

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Với mục tiêu chế tạo “Máy in ruban hai màu” mang nhãn hiệu Việt nam đáp ứng được yêu cầu kỹ nghệ trong nước với giá thành hợp lý, những nội dung nghiên cứu sau đây đã và đang được tiến hành:

- Khảo sát qui trình in ruban thủ công ở một số nhà máy, xí nghiệp trong thành phố Hồ Chí Minh Nguyên lý làm việc của máy sẽ dựa trên các bước của qui trình này

- Chọn phần mềm thiết kế và vẽ thích hợp Với công cụ này, các mô hình 3D và các bản vẽ kỹ thuật 2D được thực hiện

- Chế tạo và lắp ráp máy in ruban hai màu

- Vận hành và điều chỉnh các thông số làm việc của máy

- Đánh giá các kết quả đạt được như độ chính xác, năng suất, chất lượng sản phẩm, v.v…

- Bàn luận các kết quả đạt được và hướng phát triển

- Cuối cùng, các biện pháp để giảm giá thành “máy in ruban hai màu” cũng được đề xuất

SUMMARY OF RESEARCH CONTENTS

With the aim of manufacturing a Vietnamese mark “Two- color ribbon screen printing machine” satisfying local industrial demands with a reasonable price, the following research contents have been being carried out:

- To investigate the manual (by hand) ribbon screen printing process at some factories, enterprises locating in Ho Chi Minh city The working principle of the machine is based on the steps of this process

- To choose an appropriate design and drawing software With this tool the 3D models and 2D technical drawings will be realized

- To design:

* The ribbon supplier unit

* The printing unit 1

* The dryer unit 1

* The printing unit 2

* The dryer unit 2

* The product rolling unit

* The pneumatic circuit

* The control circuit

- To fabricate and to assemble machine elements to construct a total color ribbon screen printing machine

two To operate and to adjust properly the working parameters

- To evaluate the results given by this machine such as the precision, the productivity, the product quality, etc…

- To discuss obtained results and suggest the perspectives

- Finally, the measures of reducing the cost of “the two- color ribbon screen printing machine” are also proposed

MỤC LỤC

Trang

Bảng quyết toán kinh phí 6

Phần mở đầu 7

Chương 1: Tổng quan 8

Chương 2: Nội dung nghiên cứu 16

Chương 3: Kết quả và thảo luận 26

Chương 4: Kết luận và đề nghị 50

Tài liệu tham khảo: 53

Phụ lục: 55

DANH SÁCH HÌNH

1.1 Các thao tác chính trong in lụa 9 1.2 Các thao tác chính của quá trình in lụa thủ công 11 1.3 Two- Color Roll- to- Roll screen printing machine 12 1.4 Two- Color ribbon screen printing machine with ribbons 12 1.5 Fully automatic Two- Color ribbon screen printing machine W/ Built- in PLC computer system 13 1.6 CNC full automatic Web- Fed silk screen printing machine 13 1.7 CNC full automatic twin stations Web- Fed silk screen printing machine 14 2.1 Sơ đồ nguyên lý căng băng theo phương án 1 16 2.2 Sơ đồ nguyên lý căng băng theo phương án 2 17 2.3 Điều khiển riêng biệt trục cuốn theo từng chu kỳ in 17 2.4 Sơ đồ nguyên lý căng băng theo phương án 3 18 2.5 Sơ đồ hiệu chỉnh căng băng theo phương án 4 18 2.6 Sơ đồ bố trí cụm dao in truyền động bằng cơ 19 2.7 Chuyển động in 19 2.8 Chuyển động gạt mực 20 2.9 Sơ đồ truyền động khi in 20 2.10 Sơ đồ truyền động khi gạt mực 21 2.11 Truyền động bằng xích 21 2.12 Truyền động bằng khí nén 22 2.13 Sơ đồ nguyên lý thu hồi phôi bằng ma sát 23 2.14 Sơ đồ nguyên lý bộ truyền ma sát 23 2.15 Sơ đồ nguyên lý thu hồi ruban bằng cảm biến 24 2.16 Sơ đồ nguyên lý máy in ruban hai màu 25 2.17 Sơ đồ khối nguyên lý máy in ruban hai màu 25 3.1 Mô hình 3D của cụm cấp 26 3.2 Thân cụm cấp 27

3.4 Bộ cân bằng lực căng phôi 28 3.5 Một số các chi tiết còn lại 29 3.6 Sơ đồ truyền động cụm cấp 30

3.21 Sơ đồ mạch khí nén 41 3.22 Sơ đồ khối điều khiển cụm cấp 42 3.23 Mạch điều khiển cụm cấp 43 3.24 Sơ đồ khối điều khiển cụm thu 43 3.25 Mạch điều khiển cụm thu 44 3.26 Sơ đồ bố trí cảm biến trên cụm in 44 3.27 Sơ đồ khối điều khiển cụm in 45 3.28 Mạch điều khiển cụm in 46 3.29 Mạch điều khiển máy in ruban hai màu 47 4.1 Máy in ruban hai màu 50

BẢNG QUYẾT TOÁN KINH PHÍ

Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy in ruban hai màu

Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Phan Đình Huấn

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM

Thời gian đăng ký trong hợp đồng: 12 tháng

Tổng kinh phí được duyệt: 100 triệu

Kinh phí đã cấp đợt 1: 70 triệu (theo TB số: 330 TB-SKHCN ngày 21 /12 /2005)

sách

Nguồn khác

Kinh phí được cấp trong năm

Kinh phí được quyết toán trong năm

Công chất xám

Công thuê khoán

Nguyên, nhiên, vật liệu, dụng cụ, phụ tùng,

văn phòng phẩm

Thiết bị

Xét duyệt nghiệm thu

Đánh máy tài liệu

Giao thông liên lạc

7

2

9

70

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy in ruban hai màu

Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Phan Đình Huấn

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM Thời gian thực hiện: 12 tháng

Kinh phí thực hiện: 100 triệu

Kinh phí đã cấp: 70 triệu theo TB số: 330 TB-SKHCN ngày 21 /12 /2005

2 Mục tiêu:

Trên cơ sở nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in ruban hai màu, mục tiêu của

đề tài là cơ khí hóa, tự động hóa việc in lụa nhiều màu trên sản phẩm in dạng

cuộn Từ đó, năng suất và chất lượng sản phẩm được nâng cao

3 Nội dung:

Nội dung nghiên cứu gồm các phần sau:

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ cấp phôi có nhiệm vụ cấp phôi với một lực

căng ổn định

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ phận in gồm các mô đun thực hiện thao tác in

Sau mỗi mô đun in, ta bố trí bộ phận sấy để sấy khô sản phẩm in trước khi in màu kế tiếp hay thu hồi

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ thu sản phẩm in có nhiệm vụ cuốn từng đoạn sản phẩm in sao cho kích thước của mỗi đoạn là không đổi, sau đó cuốn lại thành dạng cuộn như ban đầu

4 Sản phẩm của đề tài:

- Báo cáo kết quả chi tiết của đề tài (03 bộ)

- Báo cáo tóm tắt và kiến nghị (06 bản)

- Đĩa CD-Rom ghi toàn bộ kết quả nghiên cứu của đề tài (03 đĩa)

- Bảng quyết toán kinh phí đề tài (03 bộ)

- Máy in ruban hai màu (01máy)

Trên hình 1.1 thể hiện các thao tác chính trong phương pháp in lụa Đầu tiên, mực được cho vào bản lụa đã được phơi hình bằng phương pháp quang hóa Sau khi định vị bản in chính xác lên vùng cần in, cấp phôi, ta dùng dao in làm bằng vật liệu đàn hồi, cao su kỹ thuật, kéo với một áp lực nhất định lên bề mặt lụa Mực in theo các lỗ lụa trên vùng không có chất cảm quang xuống bám vào bề mặt vật in và tạo nên sản phẩm in

1.2 In ruban bằng phương pháp in lụa

Để làm cơ sở cho việc thiết kế máy, nhóm nghiên cứu đã tham quan, tìm hiểu qui trình in thủ công hiện nay tại một số cơ sở in trong thành phố Hồ chí Minh Các thao tác chính của một qui trình in ruban hai màu theo phương pháp thủ công điển hình được trình bày ở hình 1.2 Cụ thể gồm các bước:

- Cấp phôi ruban (Hình 1.2.1)

- Gá và chỉnh bản lụa (Hình 1.2.2)

- Định chuẩn in (Hình 1.2.3)

Hình 1.1 Các thao tác chính trong in lụa

- Thao tác in (Hình 1.2.5)

- Nhấc bản in và kéo ruban (Hình 1.2.6)

- Thao tác in màu thứ hai (Hình 1.2.7 và hình 1.2.8)

Đối với những sản phẩm in một màu, thao tác in bằng tay có thể chấp nhận được Trường hợp in nhiều màu (từ hai màu trở lên) để đạt được độ chính xác chồng màu,

độ đồng đều của mực in, in lụa bằng máy tỏ ra thích hợp hơn Ngoài ra , năng suất

in máy, tất nhiên, cũng cao hơn

1.3 Máy in lụa dùng in ruban

1.3.2 Trong nước

Hiện nay ở Việt nam, một số cơ sở cũng đã nghiên cứu chế tạo một số dạng máy in lụa phục vụ cho nhu cầu thực tế Tuy nhiên, máy in lụa chế tạo trong nước chỉ mới đáp ứng cho một số chủng loại sản phẩm in nhất định và việc thiết kế chế tạo còn mang tính đơn chiếc

1.4 Phần mềm tính toán thiết kế cơ khí

Trong số các phần mềm thiết kế cơ khí thông dụng hiện nay là Pro/ Engineer, Catia, Solid Works, Inventor…, phần mềm Inventor có nhiều mặt mạnh như có thể giao tiếp được với các file của AutoCAD, là một phần mềm tham số gọn nhẹ, thích hợp cho việc xây dựng mô hình 3D và các bản vẽ kỹ thuật 2D

Các phần mềm tính toán phần tử hữu hạn (tính toán đ5 bền, độ cứng, dao động) có thể kể như ANSYS, NASTRAN, RDM Phần mềm RDM tỏ ra thích hợp

Hình 1.3 Two-Color Roll-to-Roll Screen Printing Machine

“ Nguồn : 1003665461/action-GetProduct.htm ”

http://luenhope.manufacturer.globalsources.com/si/6007000040910/LargeImage/Two-Color-Roll/product_id-Hình 1.4 Two-Color Ribbon Screen Printing Machine with Ribbons

“Nguồn:

http://luenhope.manufacturer.globalsources.com/si/6007000040910/LargeImage/Two-Color-Hình 1.5 Fully-Automatic Two-Color Ribbon Screen Printing Machine w/

Built-in PLC Computer System

Hình 1.7 CNC Full Automatic Twin stations Web-Fed Silk Screen Printing Machine

o Mô đun cấp phôi có chức năng cấp phôi liên tục cho mô đun in

o Mô đun in thực hiện thao tác in

o Sau mỗi mô đun in, mô đun sấy được bố trí để sấy khô mực in trước khi in màu kế tiếp hay thu hồi

o Mô đun thu sản phẩm in có nhiệm vụ cuốn từng đoạn sản phẩm in sao cho kích thước của mỗi đoạn là không đổi, sau đó cuốn lại thành dạng cuộn như ban đầu

- Để đảm bảo độ chính xác chồng màu, từ mô đun in thứ hai trở đi, phải có cơ cấu chỉnh vị trí của bản in Cơ cấu này phải có ba bậc tự do: hai chuyển động tịnh tiến theo phương x, y và một chuyển động xoay quanh truc z

- Phần mềm vẽ- thiết kế được chọn là phần mềm Inventor

- Phần mềm tính bền được chọn là phần mềm RDM

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Trong chương này, để thiết lập sơ đồ động cho các mô đun của máy (cụm cấp, cụm in 1, cụm in 2, cụm thu), các phương án thiết kế cho từng cụm được phân tích, so sánh và lựa chọn

2.1 Phân tích phương án thiết kế cụm cấp

Cụm cấp có nhiệm vụ cung cấp phôi dạng cuộn cho cụm in Cụm cấp phải tạo ra một lực căng ổn định trong suốt quá trình làm việc

2.1.2 Phướng án 2

Một phương án khác được đề xuất:

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý căng băng theo phương án 2

Thay vì dùng lực để căng trực tiếp trên trục của bộ cấp phôi cuộn, phương án này dùng một đối trọng trung gian có trọng lượng P

Khi đối trọng P đi từ cảm biến 1 (CB1) đến cảm biến 2 (CB2) thì trục cuốn

sẽ quay, cung cấp phôi cuộn để hạ độ cao của đối trọng P xuống lại vị trí của CB1

.Ta cũng có thể lấy tín hiệu hết một chu kỳ in để kích hoạt trục cuốn cung cấp phôi đến vị trí CB2

Hình 2.3 Điều khiển riêng biệt trục cuốn theo từng chu kỳ in

P

Fk

CB 1

CB 2 Phôi

cuộn

Trục cuốn

Tuy nhiên, từ thực nghiệm, phương án này cũng gặp phải một khó khăn Ở trạng thái nghỉ, luôn tồn tại một lực căng trong dọc chiều dài của ruy băng, vì vậy lúc trục cuốn vừa nhả phôi ra, lập tức có sự chùng băng cho đến khi đạt được lực căng mới khác với lực căng cũ Như vậy phương án này vẫn không thể đạt được mục đích mong muốn

2.1.2 Phướng án 3

Một phương án khác được đề xuất, dựa trên ma sát giữa phôi và các trục cố định Mặc dù phôi đầu vào có thể chùng, nhờ vào ma sát của hệ thống căng, lực căng được tạo ra

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý căng băng theo phương án 3

Nhược điểm của phương án này là tạo ra một lực căng khá lớn trên ruy băng, có thể ảnh hưởng đến hệ thống kéo Để khắc phục tình trạng này, ta thiết kế các trục căng ma sát có thể xoay được và dịch chuyển lên xuống được để tăng hoặc giảm góc ôm của ruy băng trên bề mặt trục

Hình 2.5 Sơ đồ hiệu chỉnh căng băng theo phương án 4

F k

F ms

2.2 Phân tích phương án thiết kế cụm in

Cụm in chính là một máy in lụa khổ nhỏ Các chuyển động của cụm này thay thế các thao tác in bằng tay Như đã phân tích ở phần kết luận chương tổng quan, chuyển động nhấc bản in được bỏ qua khi thiết kế Để thực hiện các chuyển động này, các máy in lụa sử dụng hai loại truyền động chủ yếu là truyền động cơ và truyền động khí nén

2.2.1 Phương án truyền động cơ

a Truyền động bằng cam – tay biên

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí cụm dao in truyền động bằng cơ

Dao in 5 và dao gạt 6 được bố trí trên đế gá 4 sao cho có thể chỉnh được cao độ

Đế gá 4 được lắp với bộ trượt 1 bằng khớp bản lề 7, góc xoay của đế gá 4 được hạn chế trong không gian giữa hai chốt định vị 3 Bộ trượt 1 có thể trượt dọc trục 2 Thanh truyền 8 được liện kết với đế gá 4 bằng khớp bản lề

Hình 2.7 thể hiện hoạt động của cụm dao in ở vị trí in

Khi thanh truyền 8 kéo về phía trái theo hướng mũi tên, đế gá 4 sẽ quay quanh

chốt 7, ép dao in 5 xuống bề mặt lụa 9 Đế gá 4 chỉ quay được một góc nhất định vì đầu trên sẽ tì vào chốt 3 Lúc này thanh truyền 8 sẽ kéo theo cả bộ trượt 1 cùng đi

và thực hiện công đoạn in

Hình 2.8 Chuyển động gạt mực

Hình 2.8 thể hiện hoạt động của cụm dao in ở vị trí gạt mực Khi thanh 8 đổi chiều truyền động theo hướng mũi tên, đế gá 4 sẽ quay quanh chốt 7 đến vị trí tì vào chốt 3 làm cho dao gạt mực đè xuống mặt lụa 9 đồng thời nâng dao in 5 lên, lúc này thanh truyền 8 sẽ đẩy cả bộ trượt 1 cùng đi và ta có công đoạn gạt mực

Phối hợp chuyển động giữa thanh truyền 8 và khớp nâng hạ trục 2 được thực hiện như sau:

Trong công đoạn in, tay biên 11 kéo thanh truyền 8 theo chiều in, khớp xoay 12 đưa trục 2 có chiều song song với bàn in 10

Trong công đoạn gạt mực, tay biên 11 sẽ đẩy thanh truyền 8 theo chiều gạt mực, trong khi đó khớp xoay 12 sẽ nâng trục 2 lên khỏi mặt bàn in một góc nhất định

Hình 2.10 Sơ đồ truyền động khi gạt mực

Với nguyên lý truyền động cơ, kết cấu máy tương đối phức tạp, cồng kềnh Việc phối hợp chuyển động của cơ cấu nâng và cơ cấu kéo được thực hiện bằng cơ cấu cam Khi đổi chiều chuyển động, các bộ phận sinh ra va đập, tiếng ồn

Cụm dao gạt và dao in không thay đổi như phương án trên Với phương án này, thanh truyền 8 được thay bằng xích 15 Đĩa xích dẫn 13 có thể đổi chiều quay Nguyên tắc làm việc của dao gạt và dao in cũng giống như phương án trên

Ưu điểm của phương án này là kết cấu nhỏ gọn Tuy nhiên, để nâng hạ bộ phận dao in và dao gạt mực, phải có thêm một cơ cấu để thực hiện chức năng này

2.2.2 Phương án truyền động bằng khí nén

Hình 2.12 Sơ đồ truyền động bằng khí nén

Trên hình 2.12, xi lanh không ti 1 mang theo đế gá 7 trượt trên hai trục dọc thân xi lanh Trên đế gá 7, hai xi lanh giống nhau 2 và 3 thực hiện chức năng in và gạt mực Trong quá trình in, đế gá 7 trượt về phía bên trái, xi lanh 2 đẩy xuống, xi lanh 3 rút lên Trong quá trình gạt mực, xi lanh 3 đẩy xuống, xi lanh 2 rút lên và đế

gá 7 trượt về phía bên phải

So với các phương án trên, phương án truyền động bằng khí nén có ưu điểm là kết cấu đơn giản, chế tạo dễ dàng Ngoài ra việc điều khiển, phối hợp các chuyển động cũng được điểu khiển một cách thuận tiện và linh họat hơn

Đây là phương án được chọn để thiết kế máy in ruy băng hai màu

2.3 Phân tích phương án thiết kế cụm thu

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý thu hồi phôi bằng ma sát

Bộ cuốn 2, dẫn động bắng động cơ servo, cuốn ruy băng thành từng đoạn ứng với chiều dài cần cài đặt Ruy băng 1 sau khi ra khỏi bộ cuốn 2 sẽ được cuộn thu 3 cuốn lại bằng ma sát

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý bộ truyền ma sát

Ruy băng 1 cuốn vào cuộn thu 3 được lắp chặt trên trục 4, trục 4 được định vị bởi các ổ đỡ 5 Bánh ma sát 6 được lắp cố định trên trục 4, bánh ma sát 7 được lắp lỏng trên trục 4, có thể quay tự do Trên thân bánh ma sát 7, ta lắp cố định bộ truyền đai 8 Nhờ vào vít chỉnh 10, ta có thể thay đổi lực ép của lò xo 9 tác dụng lên bánh ma sát 7, tạo thành lực để kéo bánh ma sát 6 quay theo khi có chuyển động Nhờ vậy, ta có thể điều chỉnh lực kéo của bộ thu sao cho vừa đủ để thắng được độ võng của ruy băng

Với phương án này, ruy băng sẽ được thu hồi sau khi bộ cuốn 2 hoạt động Ở trạng thái nghỉ của bộ cuốn 2, bánh ma sát 7 sẽ quay tư do, do lực ma sát không thắng được lực căng của ruy băng tạo ra

Ưu điểm của phương án này là kết cấu đơn giản Tuy nhiên, bánh ma sát làm việc liên tục, mau mòn, sinh nhiệt, tuổi thọ thấp

Để khắc phục các nhược điểm trên, ta sử dụng phương án điều khiển thu hồi như sau:

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý thu hồi ruy băng bằng cảm biến

Ruy băng 1 sau khi ra khỏi bộ cuốn 2 sẽ làm cho đối trọng 4 đi xuống Khi đối trọng 4 xuống đến vị trí của cảm biến 5, ta dùng tín hiệu của cảm biến này kích hoạt động cơ kéo bộ cuốn 3 thu hồi ruy băng Lúc ruy băng được thu hồi làm cho đối trong 4 đi lên, đến khi đối trọng 4 đến vị trí của cảm biến 6 thì ta dung tín hiệu của cảm biến này dừng động cơ cuốn lại Chu trình lặp lại cho đến khi hết phôi

Phương án này có ưu điểm nổi bật là chế tạo đơn giản, hiệu quả cao

2.4 Kết luận

Qua việc phân tích ưu nhược điểm của các phương án thiết kế của từng mô đun, các phương án tối ưu được chọn như sau:

- Mô đun cấp: phương án được chọn là phương án 2 kết hợp với phương án 3

- Mô đun in:

- Mô đun thu: phương án được chọn là phương án ở hình 2.15

Tóm lại, với các phương án đã chọn, ta có nguyên lý hoạt động của toàn máy như ở hình 2.16

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý máy in ruy băng hai màu

Cụm cấp 1 có chức năng cung cấp phôi và duy trì lực căng ruy băng trong suốt quá trình in Cụm in 2 có chức năng in màu thứ nhất, Cụm in 3 có chức năng in màu thứ 2 Cụm thu 4 có chức năng kéo ruy băng theo từng đoạn và thu hồi thành phẩm

Bộ chỉnh 5 có chức năng điều chỉnh khoảng cách giữa hai lần in

Nguyên lý làm việc của máy in ruy băng hai màu có thể được thể hiện ở dạng sơ

đồ khối như sau:

Hình 2.17 Sơ đồ khối nguyên lý máy in ruy băng hai màu

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ

AutoCAD và Inventor là phần mềm của AutoDESK được chọn để thiết kế So với một số phần mềm thiết kế ba khác, với AutoCAD và Inventor, ta có thể dễ dàng chuyển đổi giữa mô hình hình không gian ba chiều và bản vẽ hai chiều phục vụ cho việc gia công, lắp ráp

Bên cạnh phần mềm thiết kế được chọn, phần tính kiểm bền được thực hiện bằng phần mềm phần tử hữu hạn RDM

Gá phôi cuộn

Ghi Chú